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Propulseur pour un bateau
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un propulseur pour un bateau, en
particulier un propulseur muni d'une hélice rétractable et orientable, ainsi
qu'un
bateau muni d'un tel propulseur.
Etat de la technique
De nombreux propulseurs pour bateaux sont équipés d'un moteur
avec un premier axe, d'une hélice avec un deuxième axe, et d'un élément de
transmission entre ces deux axes.
A titre d'exemple dans les documents EP0529564, W010063979,
GB1240551, US5435763 et W09420362, la transmission entre le moteur et
l'arbre de l'hélice se fait au moyen d'une courroie. La courroie est carénée,
mais ce carénage génère une tramée importante ayant pour conséquence une
perte en hydrodynamisme principalement à grande vitesse.
Par ailleurs plusieurs solutions sont également divulguées dans l'art
antérieur proposant des propulseurs munis d'une hélice rétractable et
orientable. A titre d'exemple les documents W013164175, US5522744,
FR2741854. Cependant les mécanismes divulgués dans ces documents sont
complexes.
Bref résumé de l'invention
Un but de la présente invention est de proposer un propulseur
exempt des limitations des documents connus.
Un autre but de la présente invention est de proposer un propulseur
plus hydrodynamique.
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Un autre but de la présente invention est d'avoir un système simple,
original, silencieux et peu coûteux.
Finalement, un autre but de la présente invention est d'offrir un
propulseur avec une fonction rétractable et orientable, dans un encombrement
réduit, et employable dans toutes les différentes configurations utilisées
habituellement sur les bateaux.
Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un
propulseur pour un bateau comprenant :
un moteur ;
un bras de liaison ;
. une portion de carénage destinée à être montée sur le bateau ;
au moins une hélice ; et
une courroie pour transmettre le couple dudit moteur à ladite au
moins une hélice, ladite courroie formant deux brins entre ledit moteur et
ladite
hélice ;
et comprenant en outre :
. un premier ensemble rotatif traversé par la courroie et apte à
pivoter par rapport à la première portion de carénage autour d'un axe
géométrique orienté vers le haut, de manière à orienter ladite au moins une
hélice par rapport au bateau pour le faire tourner ; et
- un deuxième ensemble apte à être translaté par rapport au
premier ensemble rotatif afin de rétracter ladite au moins une hélice.
Grâce à un tel propulseur, les limitations mentionnées des solutions
existantes peuvent être surmontées et il est notamment possible d'obtenir un
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propulseur avec une transmission à courroie, possédant en outre une fonction
de rétraction et orientation de l'hélice, et ceci dans un encombrement réduit.
Ces avantages sont notamment obtenus grâce à l'utilisation d'un carénage fixe,
à l'intérieur duquel sont positionnés deux mécanismes motorisés permettant
d'escamoter le bras (et l'hélice) et d'entraîner ce dernier en rotation afin
d'orienter l'hélice.
Dans une variante de l'invention, le bras de liaison comporte deux
profilés distants l'un de l'autre, un seul brin passant dans chaque profilé.
La
courroie peut être une courroie fermée. Le terme brin désigne chacune des
deux portions de cette courroie entre une poulie sur l'axe de l'hélice et une
poulie sur l'axe du moteur. En protégeant chaque brin de la courroie par un
profilé indépendant, on réduit la surface frontale du bras de liaison et on
permet
à l'eau de passer entre les deux brins carénés de la courroie. Cette
caractéristique permet d'améliorer l'hydrodynamisme.
Le bras de liaison du propulseur peut être non étanche. L'eau peut
ainsi entrer dans le bras de liaison, être entraînée par la courroie, et
utilisée
pour le refroidissement du propulseur.
L'hélice (ou chaque hélice) peut être logée dans un bulbe et chaque
hélice peut être montée sur un axe tournant. Chaque hélice peut également
être montée de manière amovible sur l'axe tournant. Ceci permet de remplacer
l'hélice aisément, sans démonter le bulbe ou le bras.
Dans un mode de réalisation, le premier ensemble rotatif est destiné
à être pivoté manuellement.
Selon une autre variante, le propulseur comporte un premier moteur
électrique pour pivoter le premier ensemble rotatif.
Le propulseur peut comporter deux courroies en opposition fixées à
leurs extrémités à la portion de carénage et mise en traction par le premier
moteur électrique pour tourner le premier ensemble rotatif afin d'orienter
l'hélice
par rapport au bateau.
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Dans une variante, le deuxième ensemble apte à être translaté par
rapport au premier ensemble rotatif afin de rétracter l'hélice est destiné à
être
translaté manuellement.
Dans une autre variante, le propulseur comporte un deuxième
moteur électrique pour faire translater le deuxième ensemble.
En outre, la présente invention se rapporte également à un bateau
comprenant un propulseur selon la présente invention.
Brève description des figures
Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la
description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
- La figure 1 est une vue d'un propulseur selon un premier exemple
de la présente invention en coupe partielle selon un plan vertical.
- La figure 2a est une représentation partielle en perspective du
propulseur de la figure 1 sans portion de carénage.
- La figure 2b est une représentation partielle en perspective d'un
deuxième mode de réalisation du propulseur de la figure 1.
- La figure 3 est une vue en perspective du premier ensemble rotatif.
- La figure 4a est une vue en perspective de la partie supérieure du
propulseur de la figure 1, illustrant notamment le système d'orientation de
l'hélice.
- La figure 4b est une vue en perspective de la partie supérieure du
propulseur de la figure 1, illustrant notamment le système de rétraction de
l'hélice.
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- Les figures 5a à 5c illustrent un bateau équipé du propulseur selon
trois modes de réalisation différents.
- La figure 6 est une vue en coupe longitudinale du bulbe de l'hélice.
- La figure 7 est une vue en coupe des inserts permettant de monter
5 les tiges sur les flasques de l'ensemble rotatif.
- La figure 8 est une vue en perspective d'un propulseur selon un
deuxième exemple de la présente invention, notamment un propulseur Out-
bord.
- La figure 9 est une vue en perspective d'un propulseur de la figure
8, sans le carénage et sans l'enveloppe englobant l'ensemble de motorisation.
- La figure 10 est une vue de côté d'un propulseur de la figure 8 : la
figure 10a représente la position avec l'hélice dans la position d'opération
et la
figure 10b représente la position avec l'hélice rétractée.
- La figure 11 est une vue en perspective du bras de liaison d'un
propulseur de la figure 8.
- La figure 12 est une vue en perspective du carénage d'un
propulseur de la figure 8.
- La figure 13 est une vue en perspective de l'ensemble rotatif d'un
propulseur de la figure 8.
- La figure 14a et la figure 14b sont des vues en perspective de deux
côtés différents de l'ensemble de motorisation d'un propulseur de la figure 8.
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Exemples de modes de réalisation de l'invention
Le propulseur illustré sur la figure 1 comporte notamment un moteur
100, un bras de liaison 200, une hélice 302 et une courroie 2. Le moteur 100
peut être un moteur électrique ou hydraulique. Il fournit l'énergie nécessaire
à
faire avancer le bateau. Cette énergie est transmise à l'hélice 302 au moyen
de
la courroie 2. Le moteur peut également fonctionner en génératrice pour
charger une batterie du bateau dans le cas d'un voilier avançant sous voile.
Dans le présent document l'expression courroie désigne des
courroies lisses ou crantées, ou des éléments équivalents par exemple des
chaînes.
La courroie 2 peut être crantée ou lisse. Cette courroie 2 forme deux
brins entre le moteur 100 et l'hélice 302.
Le bras de liaison 200 est non étanche et comporte deux profilés
creux 202 avec une section extérieure fine favorisant son passage dans l'eau,
mieux visibles sur la figure 2a. Un seul brin de la courroie passe dans chaque
profilé 202. La courroie reçoit donc l'énergie par une poulie sur l'axe du
moteur
100, traverse un premier profilé 202, transmet son énergie à la poulie, puis
retourne vers l'axe du moteur par le deuxième profilé 202.
Les deux profilés 202 ont un profil hydrodynamique de dérives. Ils
sont maintenus écartés et peuvent être parallèles entre eux ou non. Deux
couvercles 203 permettent de fermer les deux profilés creux 202 et de les
caréner une fois que la courroie a été introduite. Ces profilés peuvent être
réalisés dans un matériau composite et sont fixés en haut sur les chariots
mobiles 501, et en bas au bulbe 300 de l'hélice 302, comme on le verra. Le
montage peut être effectué par des premiers inserts coniques 204 qui
permettent une qualité de blocage sans jeux et sans risque de desserrage
indépendamment de la stabilité des dimensions géométriques du matériau
utilisé. Le blocage par vis de ces inserts coniques 204 placés en opposition
ou
non est réalisé par l'intermédiaire d'une première entretoise 206 ajustée sur
la
longueur selon la géométrie des éléments montés.
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Dans la variante illustrée à la figure 2a, la courroie est entrainée par
une seule poulie 4 et les deux profilés sont reliés à une seule hélice 302.
Dans
ce cas la distance entre les deux profilés 202 est donnée par le diamètre de
la
poulie 4 qui peut être compris entre 40 mm et 800 mm.
Un grand diamètre de poulie permet à la courroie de transmettre un
couple moteur important avec une durée de vie significative. Elles permettent
en outre de maintenir les deux dérives suffisamment écartées pour donner une
grande rigidité au bras de liaison.
Dans une autre variante illustrée à la figure 2b, la courroie est
entrainée par deux poulies 4, 4'. Le propulseur comporte deux hélices 302,
302', chaque hélice étant montée dans un bulbe. Les deux bulbes sont reliés
entre eux par un foil 201 en forme d'aile d'avion. La courroie 2 traverse le
premier profilé 202, entraîne la première hélice dans le premier bulbe,
traverse
le foil 201, entraîne la deuxième hélice dans le deuxième bulbe, puis retourne
vers le moteur par le second profilé 202. Dans cette variante la distance
entre
les deux profilés est donnée par le rayon des poulies plus l'écart entre les
poulies.
Le bulbe 300 de l'hélice 302 comprend une poulie crantée 306
entrainée par la courroie 2 à l'intérieur du bulbe, un axe tournant 311 et un
axe
fixe 312. Cette poulie crantée 306 tourne autour de l'axe fixe 312 au moyen de
roulement à billes 308 pour reprendre les efforts radiaux et de roulements
obliques 309 pour reprendre les efforts radiaux et axiaux. Des joints
d'étanchéité 310 protègent les roulements.
Dans une variante, l'axe de la poulie peut également être monté
avec deux roulements à billes à gorge profonde, des roulements à rouleaux,
des roulements à aiguilles, une butée à billes ou à aiguilles, des roulements
coniques ou tout autre type de roulement permettant de reprendre les efforts
radiaux et axiaux.
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La poulie crantée 306 est donc en rotation autour de l'axe fixe 312
qui est maintenu dans le nez du bulbe 322 et bloqué à l'avant par un deuxième
insert conique 314 et une deuxième entretoise 316.
L'hélice est montée sur l'axe tournant 311 dont la rotation est
entrainée par la poulie 306 permettant ainsi la rotation de l'hélice.
Le flanc 304 relie géométriquement le diamètre extérieur du nez du
bulbe 322 avec le diamètre extérieur de l'hélice. La forme du bulbe 300
favorise
le passage dans l'eau, ce qui permet au bateau de gagner en hydrodynamisme.
La vidange de l'huile dans le bulbe se fait en débouchant un bouchon 324
fileté
et interne au bulbe.
La courroie 2 entraîne avec elle l'eau qui est comprimée au passage
de la poulie 306. Cette eau est récupérée pour le refroidissement du moteur
100.
Nous allons maintenant décrire la partie supérieure du propulseur, et
notamment le système permettant de pivoter l'hélice pour orienter le bateau.
Le propulseur est lié au bateau par la portion de carénage 208 fixe
par rapport à la coque du bateau. Un premier ensemble rotatif 400, visible en
particulier sur la figure 3, peut tourner manuellement ou de manière motorisée
par rapport à la première portion de carénage 208 autour d'un axe géométrique
orienté vers le haut, de manière à orienter l'hélice par rapport au bateau
pour le
faire tourner.
La portion de carénage 208 comprend une enveloppe ouverte, rigide
et avantageusement cylindrique avec une section ronde, carrée, ou
quelconque.
Dans l'exemple illustré, le premier ensemble rotatif 400 comporte
une cage formée d'un flasque supérieur 402 sur lequel est monté le moteur 100
avec le palier de la poulie 4 et d'un flasque inférieur 404 liés au flasque
supérieur 402 par des tiges 406 rotatives et avantageusement filetées. Les
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flasques peuvent être métalliques ou en matériau polymère. Le moteur 100
tourne donc avec le premier ensemble 400.
Les tiges 406 sont fixées aux flasques 402, 404 au moyen d'inserts
semi-rigides 408 visibles sur la figure 7. Les inserts 408 sont réalisés avec
deux
canons à collerettes 410 montés en opposition sur chaque flasque et bloqués
sur une portée aux extrémités des tiges filetées 406. Pour permettre la
rotation
des tiges filetées, chaque canon est équipé d'un coussinet autolubrifiant 412,
bloqué en rotation par une goupille fixe 414 fixée au flasque respectif. Le
logement de l'insert dans le flasque est dimensionné pour permettre le montage
d'un élément 416 en polymère souple ou de joints toriques.
Ces inserts 408 permettent aux tiges de pivoter sur elles-mêmes par
rapport aux flasques, et de compenser les défauts de parallélisme éventuels
des tiges 406.
En retournant sur la figure 1, le poids de l'ensemble mécanique est
supporté par le flasque supérieur 402 et transmis à la portion de carénage 208
par le palier 6 qui permet à l'ensemble rotatif 400 de tourner. Une entretoise
en
élastomère 8 absorbe les vibrations du moteur permettant ainsi d'éviter de les
transmettre à la coque du bateau et de réduire ainsi le bruit. Le flasque
supérieur 402 et le flasque inférieur 404 reliés entre eux par les tiges 406
absorbent le couple crée par la poussée de l'hélice 302 et l'effort de tension
de
la courroie crantée 2.
Le premier ensemble rotatif peut être pivoté par rapport à la portion
de carénage. Les profilés 202 étant solidaires en rotation des tiges 406,
cette
rotation est transmise aux profilés et donc aux bulbes 300 et aux hélices 302.
Dans un mode de réalisation non illustré, le premier ensemble rotatif
400 peut être pivoté manuellement par rapport à la portion de carénage. Dans
le mode de réalisation préférentiel illustré, un moteur électrique 102,
visible
notamment sur la figure 4a, est prévu à cet effet. Ce moteur entraîne une
poulie
104 à axe vertical, qui entraine à son tour par l'intermédiaire d'une courroie
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l'axe d'orientation 108 équipé d'une poulie menée 110 et d'un palier à
roulement à billes 112.
Deux courroies plates 116 et 118 sont fixées à une de leurs
extrémités sur la portion de carénage 208 et à l'autre extrémité sur une
portée
5 de l'axe d'orientation 108, de manière à ce que la première courroie
plate 116
se déroule et la deuxième courroie 118 s'enroule lorsque le moteur tourne dans
un premier sens, et vice-versa lorsque le moteur tourne dans l'autre sens. La
traction exercée sur la courroie 116, respectivement 118 provoque la rotation
de l'ensemble rotatif 400. Un support 120 monté d'un palier permet d'assurer
la
10 rigidité de l'axe d'enroulement.
Dans une variante, le moteur 102 peut être commandé par un
navigateur GPS ou par conduite assistée.
Bien que nous venons de décrire le premier ensemble 400
permettant l'orientation de l'hélice par rapport au bateau pour le faire
tourner.
Ce premier ensemble rotatif 400 peut également être bloqué sur la portion de
carénage de manière à ce que l'hélice ne puisse pas s'orienter.
Nous allons maintenant décrire le système permettant de rétracter
l'hélice pour la remonter ou la descendre.
A cet effet, le propulseur comporte un deuxième ensemble 500 apte
à être translaté par rapport au premier ensemble 400 et à la première portion
de
carénage 208 afin de rétracter l'hélice 302. Ce système permet donc de
déplacer l'hélice entre une position rétractée à l'intérieur du bateau et une
position de travail déployée à l'extérieur du bateau. Des détails de ce
deuxième
ensemble sont notamment visibles sur la figure 4b.
Le deuxième ensemble 500 peut être rétracté manuellement, dans
ce cas les tiges 406 peuvent être lisses et non rotatives. Dans l'exemple
préférentiel illustré, le deuxième ensemble 500 peut être rétracté de manière
motorisée grâce au deuxième moteur 130 avec transmission. Ce moteur 130
est fixé sur une plaque support 150 et entraîne une poulie 132, qui entraîne à
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son tour la courroie 134 entrainant quatre poulies crantées 138. Les quatre
poulies 138 sont montées chacune sur un axe entraineur 136 équipé d'un palier
avec roulements à billes 140. A l'enclenchement du moteur 130, ces quatre
axes entraîneurs 136 entraînent en rotation par l'intermédiaire d'une bague
d'entraînement 144 les quatre tiges filetées 406 qui tournent sur elles-mêmes.
Les deux chariots 501 montés deux à deux sur les tiges 406 au travers d'écrous
filetés 148 montent ou descendent ainsi le long de ces tiges, selon le sens de
rotation. Comme on l'a vu, chaque profilé 202 est monté sur l'un des chariots
501, en sorte que ces profilés et le bulbe qui leur est lié suit les
déplacements
verticaux des chariots. Les éléments sont dimensionnés de manière à ce que la
courroie 2 d'entraînement de l'hélice soit parfaitement tendue lorsque les
chariots sont tout en bas, chaque brin s'enroulant sur lui-même entre le bras
de
liaison et la portion de carénage lorsque l'hélice est rétractée.
Grâce aux inserts 408 qui maintiennent les tiges 406 de manière
semi-rigide, les tiges entraînent les chariots 501 sans risque de blocage. Les
poulies folles 146 permettent de tendre la courroie.
Bien que nous venons de décrire le deuxième ensemble 500
permettant de rétracter l'hélice. Ce deuxième ensemble peut également être
bloqué sur le premier ensemble de manière à ne pas rétracter l'hélice.
Selon un mode de réalisation, le propulseur peut être monté dans le
bateau de façon In-bord comme illustre la figure 5a. Selon un autre mode de
réalisation, le propulseur peut être monté de façon Out-bord comme illustré
sur
la figure 5b. Dans un autre mode de réalisation, le propulseur peut être
intégré
directement dans le tableau arrière du bateau comme illustré sur la figure Sc.
Un autre exemple de réalisation de la présente invention est
représenté aux figures 8 à 15.
Le propulseur selon ce deuxième exemple de réalisation de la
présente invention ne diffère pas de manière fondamentale du propulseur selon
le premier exemple de la présente invention, décrit sur les figures 1 à 7.
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Cependant, ce deuxième exemple de réalisation de la présente invention
comprend aussi quelques nouveaux éléments avec les avantages particuliers.
Le propulseur selon ce deuxième exemple de réalisation de la
présente invention 1000 illustré sur les figures 8 et 9 comporte aussi un
ensemble de motorisation 1500 à l'intérieur d'une enveloppe 1100, un carénage
1200 englobant l'ensemble 1600 permettant de réaliser les fonctions de
rétraction et orientation de l'hélice, un bras de liaison 1300 et un bulbe
d'hélice
1400. Cet ensemble de motorisation 1500 (représenté de manière plus détaillée
aux figures 14a et 14b où sont notamment visibles les mécanismes de
transmission relatifs aux fonctions de rétraction et orientation) comprend,
contrairement à la solution selon le premier exemple de la réalisation de
l'invention décrit ci-dessus, généralement plusieurs moteurs, à savoir un
moteur
ou encore plusieurs moteurs (trois moteurs dans l'exemple) d'entraînement de
l'hélice, ainsi que deux autres moteurs utilisés pour la fonction de
rétraction et
la fonction d'orientation d'hélice respectivement. En ce qui concerne le
moteur
utilisé pour faire avancer le bateau, il transmet le couple sur la grande
poulie de
l'axe de transmission avec une ou plusieurs courroies. Une autre différence
par
rapport au premier exemple de l'invention, la transmission de couple du moteur
de l'orientation de l'hélice n'est plus réalisée à l'aide de deux courroies,
mais
plutôt à l'aide d'une seule courroie qui engrène sur une roue dentée qui est
maintenue par l'enveloppe fixe 1100 de l'ensemble de motorisation 1500.
L'enclenchement du moteur provoque une traction sur un brin et la rotation des
ensembles compris dans l'enveloppe 1100.
Comme avec le premier exemple, chacun des moteurs dans
l'ensemble de motorisation 1500 peut être un moteur électrique ou hydraulique.
Comme visible aux figures 10a et 10b, un mécanisme permet de
maintenir la tension de la courroie pendant la rétraction du bras de liaison
avec
l'hélice, et tout au long de son déplacement. En effet, à cette fin, la
courroie est
enroulée grâce à une première poulie fixée sur le bras (en bas dans les
figures
10a et 10b) et une deuxième poulie fixée sur la flasque de l'ensemble rotatif.
Il
est visible qu'une partie de la courroie est écartée de côté par un
système
correspondant, comportant un bras pivotable et une autre poulie.
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Le bras de liaison 1300 avec le bulbe de l'hélice 1400 est illustré à la
figure 11. Il comporte deux profilés creux 1310 et 1320 logeant les brins de
la
courroie qui sont fixés en haut sur les chariots mobiles 1340 et 1350.
Visibles
sur les chariots mobiles 1340 et 1350 sont les écrous 1360 qui collaborent
avec
les tiges filetées de l'ensemble rotatif pour réaliser l'escamotage du bras de
liaison 1300 et de l'hélice. Egalement visible est la poulie 1330 utilisée
dans le
processus d'escamotage.
La figure 12 illustre le carénage 1200 du propulseur 1000. Il
comprend un palier inférieur 1210 et un palier supérieur 1250 et une paroi
cylindrique 1270. Le palier inférieur 1210 et le palier supérieur 1250 du
carénage 1200 sont fixés en opposition sur l'enveloppe cylindrique 1270 à
l'aide
de trois tiges filetées 1220, 1230, dont deux (les tiges 1220) sont utilisées
avec
l'élément de fixation 1260 pour fixer le carénage 1200 au bateau.
L'ensemble rotatif 1600 utilisé dans ce deuxième exemple de
réalisation de la présente invention est représenté à la figure 13. Cet
ensemble
rotatif 1600 comprend un flasque inférieur 1610 et un flasque supérieur 1650
qui sont reliés entre eux par les tiges 1620. Le bras pivotable 1630 avec la
poulie 1640 permettant l'écartement de la courroie d'entraînement, tel que
représenté et mentionné en relation avec les figures 10a et 10b. Visible à la
figure 13 est également le mécanisme de transmission de la rotation vers les
tiges 1620 par le biais des poulies 1670 et courroies 1680. Le guidage
orientable équipé de quatre tiges filetées 1620 avec écrous en rotation
synchronisées avec à ces extrémités des inserts spéciaux permet de
transmettre des gros efforts, permettant aussi un déplacement sans risque de
coincement.
Contrairement à l'ensemble rotatif selon le premier exemple de
réalisation de l'invention, où seulement le flasque supérieur empêchait
l'ensemble de ce déplacer verticalement, dans l'ensemble rotatif selon ce
deuxième exemple de réalisation de l'invention ce sont les deux flasques
supérieur 1650 et inférieur 1610 qui maintiennent l'ensemble rotatif et de ce
fait
le bras amovible.
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En outre, contrairement à l'ensemble rotatif selon le premier exemple
de réalisation de l'invention, l'axe de transmission n'est plus directement
relié
au moteur. Plutôt, à la place du moteur, cette variante de l'invention prévoit
un
arbre de transmission avec une grande poulie 1660 afin de créer avec la poulie
du moteur un rapport de transmission réducteur d'environ 1/3. Grâce à cette
modification, on est capable d'obtenir une rotation d'hélice plus lente avec
un
couple transmis sur l'hélice plus important, ce qui permet d'utiliser une
hélice
plus grande et d'améliorer ainsi le rendement de l'ensemble d'une manière très
significative.
Il est aussi important de mentionner qu'une très grande partie du
propulseur selon le deuxième exemple de réalisation de la présente invention
peut être réalisé dans des matériaux composites.
